地下构筑物挡水效应对地表沉降参数敏感性影响(2)
计算模型包括不考虑挡水构筑物和考虑挡水构筑物两大类,在不考虑挡水构筑物时,计算开采层分别为第1~5含水层时的地面沉降;考虑挡水构筑物时,计算分析挡水构筑物各种进深工况时的影响,考虑到目前一般人类活动中,挡水构筑物进深、地下水开采深度及开采量等情况,设置开采层为第2含水层,抽水速度设置为40 m3/d。
2抽水引起的地面沉降数值计算结果分析
土的压缩固结其实不仅与土体本身的性质有关,也与边界条件、抽水情况和人类活动等有关。条件不同,得到的结果往往有很大的差异。在地表处设置24个监测点,其中抽水井附近监测点较密。经相关研究,人类活动10 a左右为一个周期,故以下计算结果为开采含水层10 a后地面沉降的情况。
2.1 不设置挡水构筑物时地面沉降数值计算结果分析
由图2为不设置挡水构筑物时土体沉降云图,计算结果如图3,在没有挡水构筑物的情况下,抽取地下水引起的地面沉降量随着抽水层深度的增大而增大,开采第五含水层10 a后的最大沉降量达0.415 5 m,是开采第一含水层10 a后最大沉降量的2.61倍。地表沉降较为平缓,沉降差较小,最大沉降差发生在抽取第二含水层时,最大沉降差为0.041 3 m。分析认为这是由于模型边界不透水的设定和各含水层良好的透水性所致。
图2 不设置挡水构筑物时土体沉降云图Fig.2 Cloud diagram of land subsidencewithout water retaining structure
2.2 设置挡水构筑物条件下地面沉降数值计算结果分析
考虑挡水构筑物深度的影响时,将挡水构筑物设置在抽水井左侧距离水井100 m处,抽取第二含水层。考虑到抽水模型的対称性,且抽水井左侧挡水构筑物的设置对右侧的沉降量无影响,故只统计设置有地下挡水构筑物的抽水井一侧15个监测点的沉降,分析随着挡水构筑物逐渐深入地下时的地表沉降特征。
表1 各土层物理力学性质参数表Table 1 Parameters of physical and mechanical propertyof each soil layer地层岩性水平渗透系数Kx、Ky/(m·d-1)垂直渗透系数Kz/(m·d-1)孔隙比v杨氏模量E/kPa泊松比μ密度ρ/(kg·m-3)内摩擦角φ/(°)黏聚力C/kPa潜水含水层粉砂 8500.341 第一弱隔水层黏土 5000.381 第一含水层细砂 3300.311 第二弱隔水层粉质黏土 0000.351 第二含水层中细砂4.82.70. 0000.31 第三弱隔水层粉质黏土 6000.361 第三含水层粉细砂 5200.321 第四弱隔水层粉质黏土0.038 10.091 50.6830 8000.381 第四含水层粉细砂 1200.341 第五弱隔水层粉质黏土0.037 50.091 10.6232 0000.41 第五含水层粉细砂 8000.371
图4为设置挡水构筑物时土体沉降云图,计算结果如图5、图6所示:在抽水井处,地面沉降量随着挡水构筑物的深入逐渐增大,当挡水构筑物由未完全深入第二含水层底部的225 m处深入到第二含水层底部的235 m时,即由部分阻挡到完全阻挡抽水层时,地面沉降增幅最大,增幅达21.73%,其他情况下随着挡水构筑物深入地面沉降量增幅都较小。挡水构筑物另一侧,距离抽水井足够远的650 m处,如图6,沉降量起初随着挡水构筑物的逐渐深入小幅增大,随后深入到第二含水层底部时,沉降量出现较大幅度的减小,显示沉降量小于未设置挡水构筑物时,随着挡水构筑物的继续深入地下,沉降量呈现小幅减小趋势。结合前面介绍的抽取各含水层的沉降特点,结合图3可知,在650 m处起初随着挡水构筑物的入深,沉降量有小幅增大是由于挡水构筑物只挡住了浅部土层的透水,在没有全挡住抽水层之前却加大了深部土层的开采量,进而导致挡水构筑物刚开始深入地下时,650 m处沉降量小幅增大。总体来看,随着挡水构筑物的深入,地表沉降差增大。另外,在抽水井挡水构筑物附近,地表的沉降量也是随着挡水构筑物的深入逐渐增大,挡水构筑物深入到完全挡住抽水井另一侧时,即挡水构筑物深入地下535 m,在挡水构筑物处监测点,虽然在理论上地下水头减小量是降低,但比起未设置挡水构筑物时沉降量增大29.95%,分析表明这主要是由于抽水井一侧发生的较大沉降量增大地层侧摩阻力所致。
图3 开采不同含水层时地面沉降曲线Fig.3 Curves of land subsidence whenpumping different aquifer
图4 挡水构筑物深入到第二含水层底部时抽水土体沉降云图Fig.4 Cloud diagram of land subsidence with water retainingstructure penetrating to the bottom of the second aquifer
图5 设置挡水构筑物一侧不同挡水构筑物入深条件下抽水引起的地面沉降曲线Fig.5 Curves of land subsidence caused by pumping water onthe side with water retaining structure which penetratinginto underground differently
文章来源:《水电与抽水蓄能》 网址: http://www.sdycsxn.cn/qikandaodu/2020/1229/414.html